Thủy lực công trình - Chương II Dòng chảy ổn định không đều trong kênh

Làm thế nào biết được đường mực nước (đmn) sẽ thay đổi ra sao dọc theo dòng chảy trong kênh. Qua chương này, sẽ hình dung được và xác định chính xác đmn tăng hay giảm độ sâu dọc theo dòng chảy. Cơ sở tính toán theo năng lượng thay đổi dọc theo dòng chảy. Do đó để xét sự biến đổi mực nước chủ yếu là tính các phương trình vi phân....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thủy lực công trình - Chương II Dòng chảy ổn định không đều trong kênhChương II Dòng chảy ổn định không đều trong kênh THỦY LỰC CÔNG TRÌNHCHƯƠNG II DÒNG CHẢY ỔN ĐỊNH KHÔNG ĐỀU TRONG KÊNH (A steady, non-uniform flow) Làm thế nào biết được đường mực nước (đmn) sẽ thay đổi ra sao dọc theo dòngchảy trong kênh. Qua chương này, sẽ hình dung được và xác định chính xác đmn tănghay giảm độ sâu dọc theo dòng chảy. Cơ sở tính toán theo năng lượng thay đổi dọc theo dòng chảy. Do đó để xét sựbiến đổi mực nước chủ yếu là tính các phương trình vi phân.2.1 NHỮNG KHÁI NIỆM2.1.1 Dòng chảy không đều Xuất hiện dòng chảy không đều khi: ♦ Về mặt động lực học, khi lực cản và trọng lực không cân bằng nhau. ♦ Các đường dòng không song song nhau. ♦ Vận tốc trung bình tại hai mặt cắt kế tiếp nhau không bằng nhau. Nguyên nhân làm cho dòng chảy không đều xảy ra khi: a) Kênh có độ dốc bằng không (i = 0) hoặc độ dốc nghịch (i < 0). b) Đối với kênh có độ dốc thuận (i > 0), có nhiều nguyên nhân, trong thực tế thường gặp nhất là: Có chướng ngại trên lòng dẫn, ví dụ như đập tràn (Hình 2-1), bậc nước. aI Sự thay đổi độ dốc kênh dọc theo N N dòng chảy. Kích thước và hình dạng mặt cắt K K thay đổi dọc theo dòng chảy. Nghiên cứu dòng chảy không đềuhay còn gọi là đường mặt nước không đều, i < ikquan trọng nhất là cần biết quy luật thay đổicủa chiều sâu mực nước dọc theo dòng chảy. Hình 2-1 h=f(l) Có 2 dạng chuyển động không đều:Dòng chảy không đều thay đổi dần và dòng chảy không đều thay đổi gấp.2.1.2 Kênh lăng trụ và phi lăng trụLòng dẫn được chia ra làm 2 loại: ♦ Kênh lăng trụ có hình dạng, kích thước của mặt cắt ướt không thay đổi dọc theo lòng kênh: W= f(h), trong đó: h = f(l). dW ∂W dhnên: = (2-1) dl ∂h dl ♦ Kênh phi lăng có hình dạng, kích thước của mặt cắt ướt thay đổi dọc theo lòng kênh: W= f(h, l), trong đó: h = f(l). dW ∂W ∂W dhnên: = + (2-2) dl ∂l ∂h dl 15Chương II Dòng chảy ổn định không đều trong kênh THỦY LỰC CÔNG TRÌNH2.2 NĂNG LƯỢNG ĐƠN VỊ CỦA MẶT CẮT (Specific energy) Năng lượng đơn vị của dòng chảy tại mặt cắt bất kỳ, đối với trục chuẩn (0-0) là: p α .v 2 E = z+ + (2-3) γ 2g Tại một mặt cắt, bất kỳ điểm nào trên đó đều có năng lượng là như nhau. Xét haiđiểm: 1 và A1. Tại mặt cắt (1-1), ta có: p α .v α .v 2 2 E = z1 + 1 + 1 1 = a1 + h1 + 1 1 (2-4) γ 2g 2g Nếu dời mặt chuẩn (0-0) lên A1, năng lượng đơn vị của dòng chảy tại (1-1) sẽ là: α 1 .v1 2 ∋1 = h1 + (2-5) 2g Tương tự, tại mặt cắt (2 - 2), ta có: p α .v α .v 2 2 E2 = z 2 + 2 + 2 2 = a2 + h2 + 2 2 (2-6) γ 2g 2g α 2 .v 2 2và ∋ 2 = h2 + (2-7) 2g Từ các công thức (2-5) và (2-7) ta có thể viết dưới dạng tổng quát như sau: α .v 2 ∋= h + (2-8) 2g Đại lượng э gọi là năng lượng đơn vị của mặt cắt, được định nghĩa: 1 2 2 2 α 1v1 α 1v1 2g 2g 2 2 P α 2 v2 α 2 v2 E1 γ 1 h1 э1 2g 2g E2 P1 h2 э2 γ z1 a1 z2 a2 0 2 0 1 Hình 2-2 “Năng lượng đơn vị của mặt cắt là năng lượng của một đơn vị trọng lượng chấtlỏng của dòng chảy tại một mặt cắt nhất định tính ...